2.3　工業(yè)企業(yè)信息化集成系統內涵

具體到工業(yè)企業(yè)之中，企業(yè)信息化集成系統是通過(guò)計算機硬件、軟件，并綜合運用現代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中有關(guān)人、物資、技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息流、物料流與資金流有機地集成并優(yōu)化運行的一個(gè)復雜大系統。其核心是集成基礎設施／集成平臺，為企業(yè)提供基礎的信息集成、應用集成、過(guò)程集成和商業(yè)集成服務(wù)。通過(guò)這些集成服務(wù)，企業(yè)不同單元的技術(shù)和系統協(xié)同運行，形成集成化的企業(yè)信息化系統，支持企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和管理等業(yè)務(wù)活動(dòng)的高效運行，實(shí)現人／組織、技術(shù)、資源和經(jīng)營(yíng)管理等企業(yè)要素的集成（如圖2所示）。

工業(yè)企業(yè)信息化集成系統對信息的集成以生產(chǎn)和制造過(guò)程緊密相關(guān)的底層信息為基礎，圍繞企業(yè)核心業(yè)務(wù)進(jìn)行，它是系統的基礎與根基，這與“工業(yè)4.0”的理念一致。

信息化集成系統分為兩大部分：控制系統（或稱(chēng)控制制造系統）與企業(yè)系統（或稱(chēng)企業(yè)信息化系統）。信息化集成系統則是這兩大部分的綜合與集成。

圖2 信息化集成系統實(shí)現人／組織、技術(shù)、資源和經(jīng)營(yíng)管理等集成

2.3.1　控制（制造）系統

工業(yè)生產(chǎn)在其發(fā)展過(guò)程中，始終與信息技術(shù)的發(fā)展相伴隨。每一次工業(yè)革命也都伴隨一次信息技術(shù)進(jìn)步。工業(yè)現場(chǎng)生產(chǎn)設備與設施、被自動(dòng)控制系統控制實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，構成了工業(yè)最基礎的工業(yè)制造過(guò)程。同時(shí)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)組織、調度指揮和經(jīng)營(yíng)管理也逐步由計算機信息化系統實(shí)現。工業(yè)自動(dòng)化與企業(yè)信息化推動(dòng)著(zhù)工業(yè)現代化。

從自動(dòng)控制系統應用的角度來(lái)看，工業(yè)可分為兩大類(lèi)：一大類(lèi)是制造業(yè)，如飛機、汽車(chē)等制造工業(yè)。另一大類(lèi)是過(guò)程工業(yè)，如石油、化工等。

制造業(yè)主要是將各類(lèi)材料，通過(guò)生產(chǎn)加工線(xiàn)、加工成為一個(gè)個(gè)零件，零件又裝配成為部件，部件在裝配線(xiàn)上被裝配成機器設備。制造業(yè)的自動(dòng)控制系統，要求系統能夠自動(dòng)控制機械制造過(guò)程、自動(dòng)控制機械裝配過(guò)程；要求嚴格控制零件的各種參數達到一定精度；要求裝配好的整機達到設計指標。這些要求通過(guò)各類(lèi)數控機床、各類(lèi)自動(dòng)裝配線(xiàn)組成的系統來(lái)實(shí)現。制造業(yè)的制造過(guò)程是一個(gè)離散過(guò)程，零件一個(gè)個(gè)加工出來(lái)，部件一個(gè)個(gè)組裝起來(lái)，機器一臺臺裝配成功，與此相應的自動(dòng)控制系統主要解決對這些非連續對象的控制，稱(chēng)為離散控制。一般離散控制采用PLC控制系統。

另一大類(lèi)是過(guò)程工業(yè)也稱(chēng)為流程工業(yè)，它是將原料經(jīng)管道輸送并通過(guò)物料處理裝置變?yōu)楫a(chǎn)品的工業(yè)過(guò)程，或是介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中轉化能量生產(chǎn)出能源的工業(yè)過(guò)程。要保證這些工業(yè)過(guò)程的正常運行，安全穩定、源源不斷地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，必須對整個(gè)流程進(jìn)行自動(dòng)控制，此類(lèi)系統稱(chēng)作過(guò)程控制系統。過(guò)程控制系統進(jìn)行的是對連續量的控制，稱(chēng)為連續控制，連續控制采用DCS分散型控制系統。

實(shí)際的工業(yè)應用，并不是制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)嚴格分開(kāi)，許多工業(yè)企業(yè)里，甚至同一條生產(chǎn)線(xiàn)上，都可能包含了兩種類(lèi)型的工業(yè)控制，涉及了DCS和PLC兩類(lèi)系統。工廠(chǎng)里的生產(chǎn)控制系統的層次模型，稱(chēng)為普渡模型，如圖3所示。

圖3 工廠(chǎng)生產(chǎn)控制系統層次模型

工業(yè)企業(yè)控制系統是對企業(yè)生產(chǎn)系統的控制，現代工業(yè)企業(yè)制造產(chǎn)品的過(guò)程完全是在控制系統控制下實(shí)現高效、高質(zhì)量和智能化。從這個(gè)意義上講，工業(yè)企業(yè)控制（制造）系統是現代工業(yè)的最基礎系統。研究工業(yè)信息化集成系統的系統集成技術(shù)，應將生產(chǎn)自動(dòng)化系統中的系統集成技術(shù)作為基礎來(lái)研究。

工業(yè)控制系統（以連續控制系統為例）主要分為兩個(gè)層次：現場(chǎng)設備（生產(chǎn)單元）層；自動(dòng)化系統控制層?，F場(chǎng)設備層主要有各類(lèi)傳感器、變送器、執行器、促動(dòng)器（actuator），它們采集工業(yè)現場(chǎng)各類(lèi)與生產(chǎn)息息相關(guān)的信息傳送到控制系統，同時(shí)現場(chǎng)的執行器、促動(dòng)器按照來(lái)自控制系統的指令推動(dòng)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)和驅動(dòng)設備。

自動(dòng)化系統控制層主要是由對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各類(lèi)工藝參數進(jìn)行控制的控制器、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )以及操作員站、控制層數據服務(wù)器與生產(chǎn)應用服務(wù)器等組成。

在制造業(yè)自動(dòng)控制中所涉及的被控參數主要是機械量和運動(dòng)量，主要有轉速、線(xiàn)速度、加速度、位移量、長(cháng)度、角度、力、力矩以及相關(guān)的電壓、電流、電功率、各種電參數等。制造業(yè)自動(dòng)控制系統主要控制那些運動(dòng)的驅動(dòng)設備：電機、線(xiàn)性電機、液壓馬達、液壓油缸、氣動(dòng)馬達、氣動(dòng)缸等及其運動(dòng)轉換裝置。主要的監控點(diǎn)是開(kāi)關(guān)量、數字輸入和數字輸出量。

過(guò)程控制的特點(diǎn)是必須嚴格控制原料在被處理過(guò)程中的過(guò)程參數也稱(chēng)為工藝參數，只有工藝參數保證了，才能使工業(yè)過(guò)程源源不斷地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。過(guò)程工業(yè)的工藝參數主要有所謂四大參數：溫度、壓力、流量和物位（液位）。不同的工業(yè)過(guò)程也還有其他不同的工藝參數。這些工藝參數大都是連續變化的，稱(chēng)為模擬量，例如，溫度變化。對于模擬量的控制，從控制原理講，它與對離散量的控制有根本的不同，因此過(guò)程工業(yè)自動(dòng)控制系統是以連續量控制為主的系統。

工業(yè)自動(dòng)控制系統在實(shí)際運行時(shí)，必須具備特定的品質(zhì)指標，通俗講，自動(dòng)控制系統必須是穩定的，必須穩定地達到控制的要求值（系統的穩態(tài)值），而且必須快速地達到這一要求值，即所謂穩、準、快的要求。

工業(yè)控制系統的品質(zhì)決定著(zhù)工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)，工業(yè)控制系統是工業(yè)制造的靈魂。

工業(yè)控制（制造）系統隨著(zhù)新工業(yè)革命的到來(lái)，必將適應智能產(chǎn)品的要求，適應智能生產(chǎn)線(xiàn)的需要，會(huì )發(fā)生巨大的進(jìn)步與變化。

在工業(yè)革命4.0時(shí)代，基本問(wèn)題依舊如上所述，但是，互聯(lián)網(wǎng)會(huì )直接深入到工業(yè)控制系統的現場(chǎng)設備層，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了傳統工業(yè)控制系統的結構與模式。工業(yè)4.0CPS系統可以直接將現場(chǎng)設備與工業(yè)管理決策層縱向集成起來(lái)，為智能制造的實(shí)現奠定了堅實(shí)基礎。

2.3.2　企業(yè)（信息化）系統

工業(yè)企業(yè)信息化集成系統的上層是企業(yè)（信息化）系統。從企業(yè)業(yè)務(wù)運行角度來(lái)分析，企業(yè)系統由管理分系統、工程設計分系統、制造分系統、質(zhì)量保證分系統以及基礎支撐設施分系統5個(gè)部分組成，如圖4所示。

圖4 企業(yè)系統的組成：五個(gè)分系統的協(xié)同運行

管理分系統：包括市場(chǎng)預測、經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準備、銷(xiāo)售、供應、財務(wù)、成本、設備、工具和人力資源等管理功能。工程設計分系統：工程設計分系統進(jìn)行產(chǎn)品設計和分析，工程設計自動(dòng)化分系統通常包括產(chǎn)品設計、性能分析、工藝設計、裝配規劃、設計文檔管理等功能。制造分系統：制造分系統由數控機床、加工中心、清洗機、測量機、運輸小車(chē)、立體倉庫、多級分布式控制（管理）等制造設備及相應支持資源組成。質(zhì)量保證分系統：質(zhì)量保證分系統包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測與數據采集、質(zhì)量評價(jià)、控制與跟蹤等功能。質(zhì)量保證分系統對從產(chǎn)品設計、制造、檢測到后勤服務(wù)的整個(gè)過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行監控，以達到產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本、提高企業(yè)競爭力的目的?；A支撐設施分系統：基礎支撐設施分系統是支持企業(yè)各個(gè)分系統運行的基礎環(huán)境。包括基本的廠(chǎng)房、通訊基礎設施、能源供應設施等。

企業(yè)信息化是指企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)、管理和決策、研究和開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)和銷(xiāo)售等各方面全面應用信息技術(shù)，建設信息網(wǎng)絡(luò )與信息系統，通過(guò)對信息和知識資源的高效開(kāi)發(fā)與利用，調整或重組企業(yè)組織結構與業(yè)務(wù)模式，服務(wù)企業(yè)發(fā)展目標，提高企業(yè)競爭力。企業(yè)信息化系統是支持企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理大目標實(shí)現的各類(lèi)計算機應用系統。企業(yè)信息化涉及到企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、服務(wù)、決策管理等多個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節和多項支持技術(shù)。同時(shí)，不同企業(yè)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和管理成熟度也直接影響企業(yè)信息化系統的實(shí)施和應用工作。企業(yè)信息化系統可以歸納為入口、商業(yè)決策、運作管理、產(chǎn)品研制、生產(chǎn)控制、商務(wù)協(xié)作和集成平臺幾個(gè)層次。每一個(gè)層次包含有若干個(gè)信息系統，這些信息系統分別滿(mǎn)足企業(yè)業(yè)務(wù)不同方面的需要。同時(shí)，它們之間又存在內在的聯(lián)系。

企業(yè)入口層：提供企業(yè)信息化應用系統的統一訪(fǎng)問(wèn)入口；業(yè)務(wù)決策層：包括業(yè)務(wù)智能和決策分析系統。主要目的是采用大數據、云計算，通過(guò)數據挖掘、OLAP在線(xiàn)分析等手段，對下層應用系統所產(chǎn)生的數據進(jìn)行綜合分析，在決策支持系統的輔助下，為企業(yè)決策和戰略管理提供技術(shù)手段和科學(xué)依據；運作管理層：主要包括ERP/SCM/CRM。管理企業(yè)內外供應鏈及物流，以及管理計劃控制、客戶(hù)關(guān)系管理，為企業(yè)業(yè)務(wù)運作提供支持；產(chǎn)品研制層：包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等系統，提供覆蓋產(chǎn)品生命周期的設計和制造技術(shù)，為企業(yè)其它業(yè)務(wù)系統提供基礎支持；生產(chǎn)控制層：包括MES和PCS系統，實(shí)現對制造設備、底層數據采集設備、控制設備的管理以及車(chē)間級的生產(chǎn)計劃與執行過(guò)程控制；商務(wù)協(xié)作層：提供協(xié)同業(yè)務(wù)工作平臺，支持企業(yè)內部（各個(gè)相關(guān)業(yè)務(wù)單元之間、企業(yè)各個(gè)分支機構之間）和企業(yè)間（企業(yè)與供應商、企業(yè)與客戶(hù)、企業(yè)與協(xié)同設計開(kāi)發(fā)商之間）業(yè)務(wù)的協(xié)同工作。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國內許多公司開(kāi)發(fā)了很多企業(yè)應用的單元軟件產(chǎn)品，信息化集成平臺為這些單元應用軟件系統的集成提供基礎支持功能，通過(guò)提供相應的標準化、規范化的集成組件，實(shí)現應用軟件系統互連的目標，并在企業(yè)進(jìn)行信息化集成系統的應用實(shí)施。

企業(yè)信息化集成系統是將企業(yè)系統與控制系統集成起來(lái)的大系統。這里關(guān)鍵在于集成。一方面，是將生產(chǎn)系統、企業(yè)系統中分散、異構的部件聯(lián)合在一起形成一個(gè)協(xié)同的整體，從而實(shí)現更強大的功能，完成各個(gè)部分獨自不能完成的任務(wù)：另一方面通過(guò)接口將全系統的各子系統集成在一起實(shí)現綜合、協(xié)同功能實(shí)現總體最優(yōu)的目的。這樣的集成是將控制系統的各層與企業(yè)系統的各層完全上下貫通，同時(shí)又將同一層次的各子系統信息橫向集成起來(lái)構成完整的信息化集成系統。在新的工業(yè)革命時(shí)代，信息化集成系統在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，實(shí)現將工業(yè)控制（制造）系統與企業(yè)（信息化）的信息集成，實(shí)現智能工廠(chǎng)與智能生產(chǎn)，真正達到兩化融合的目標。

作者簡(jiǎn)介：

魏曉東， 1967年畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系。1984~1991任安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1991出版《分散型控制系統》（上?？萍嘉墨I出版社）。2000~2012任北京和利時(shí)系統工程公司副總工、事業(yè)部總設計師，北京地鐵13號線(xiàn)、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線(xiàn)綜合監控系統工程技術(shù)總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統與技術(shù)》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監控系統施工與質(zhì)量驗收規范》（GB /T50732-2011） ； 2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標準《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統規范》（GB/T26335-2010）。2013至今任清華同方數字城市工程中心技術(shù)專(zhuān)家，住建部城市軌道交通標注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì )委員，全國自動(dòng)化系統與集成標準技術(shù)委員會(huì )委員。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年2月刊